3800 mm軋機(jī)彎輥塊維修專用裝備設(shè)計(jì)

供稿|程龍，郭建衛(wèi) / CHENG Long, GUO Jian-wei

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文章針對(duì)舞陽(yáng)3800 mm厚板軋機(jī)生產(chǎn)線精軋機(jī)彎輥塊、粗軋機(jī)平衡塊的維修情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際完全摒棄奧鋼聯(lián)(VAI)原設(shè)計(jì)方案，創(chuàng)造性地制定維修方案，優(yōu)化維修程序并重新設(shè)計(jì)、校核專用裝備。新方案和新裝備不僅節(jié)約大量維修施工時(shí)間，還大大降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了良好效果。

奧鋼聯(lián)(VAI)在對(duì)舞陽(yáng)新線寬厚板3800 mm精、粗軋機(jī)彎輥塊(平衡塊)維修時(shí)，利用支承輥換輥軌道為支撐點(diǎn)設(shè)計(jì)了專用裝備，但是使用原設(shè)計(jì)專用裝備施工費(fèi)時(shí)耗力。通過(guò)改變思路，以工作輥換輥軌道為支撐點(diǎn)，對(duì)該維修專用裝備重新設(shè)計(jì)、校核，最終創(chuàng)造性地解決了奧鋼聯(lián)設(shè)計(jì)方認(rèn)為不可能解決的問(wèn)題。這不僅大大降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，還將原來(lái)的施工時(shí)間12～16 h降低為現(xiàn)在的5～6 h，為減少維修工期、提高軋機(jī)作業(yè)率提供了可靠的保障。

彎輥塊(平衡塊)的構(gòu)造及工作原理

精軋機(jī)彎輥塊參數(shù)構(gòu)造及工作原理

精軋機(jī)彎輥塊基本參數(shù)：4個(gè)彎輥塊，每個(gè)彎輥塊有4個(gè)液壓缸；上液壓缸直徑250 mm，行程460 mm；下液壓缸直徑250 mm，行程110 mm；液壓缸工作壓力pmax=28.5 MPa，瞬間工作壓力取決于工作輥的軸向位置。

精軋機(jī)彎輥塊工作原理：平衡壓力為40 MPa，空軋時(shí)阻止工作輥和各自的支撐輥之間相對(duì)滑動(dòng)的最小工作壓力；在軋制時(shí)使用較高的彎輥力，目的是給工作輥和支撐輥之間進(jìn)行載荷分配，因此可以控制板形；在竄輥工作狀態(tài)下，作用在每個(gè)T型塊上的兩個(gè)液壓缸的力通過(guò)伺服閥適時(shí)調(diào)整，保證合力作用在工作輥軸承的中心線上，跟工作輥軸向位置無(wú)關(guān)；軸向竄動(dòng)控制上下輥?zhàn)拥牡攘恳苿?dòng)，在上T型頭外側(cè)液壓缸的壓力和下T型頭內(nèi)側(cè)的壓力相等，同樣在其他兩個(gè)缸上的壓力各自相等。

粗軋機(jī)平衡塊構(gòu)造及工作原理

粗軋機(jī)平衡塊構(gòu)造：4個(gè)平衡塊，每個(gè)平衡塊有3個(gè)液壓缸；上液壓缸直徑160 mm，行程460 mm；下液壓缸直徑180 mm，行程110 mm；液壓缸工作壓力21 MPa。彎輥塊(平衡塊)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

粗軋機(jī)平衡塊工作原理：平衡壓力為4 MPa，空軋時(shí)阻止工作輥和各自的支撐輥之間相對(duì)滑動(dòng)的最小壓力。

彎輥塊(平衡塊)維修現(xiàn)狀

VAI提供的維修方案

VAI針對(duì)舞鋼3800 mm精軋機(jī)彎輥塊、粗軋機(jī)平衡塊的維修有一套完整的更換方案，且有一套更換專用裝備。其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。具體方案為：(1)抽出下支承輥，把更換彎輥(平衡)塊的專用裝備按照順序依次安放在下支承輥換輥軌道上，利用支承輥換輥拖車推進(jìn)軋機(jī)牌坊；(2)使用手壓泵驅(qū)動(dòng)專用裝備的橫移部分，移至所需更換彎輥塊的下方，用螺栓把彎輥塊和橫移部分連接在一起；(3)利用專用裝備的抬升液壓缸抬起彎輥塊，利用橫移把彎輥塊移至牌坊的中間位置，拉出更換。

VAI維修方案存在的問(wèn)題

在維修的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，VAI維修方案在施工的過(guò)程中主要有以下問(wèn)題：原專用裝備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需要抽出下支承輥才能放置在支承輥換輥軌道上，更換完畢后需恢復(fù)下支承輥，操作步驟繁瑣、耗時(shí)；原專用裝備尺寸機(jī)構(gòu)與軋機(jī)牌坊多項(xiàng)相關(guān)尺寸干涉，經(jīng)多次修改后才勉強(qiáng)可以使用；原方案實(shí)施時(shí)會(huì)遇到伺服系統(tǒng)停壓后4個(gè)彎輥(平衡)塊下T型頭自重落下問(wèn)題，裝備到位和拉出時(shí)需手動(dòng)千斤頂頂起T型頭，不僅增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度、增加施工不安全因素，還消耗1～2 h的施工時(shí)間；原專用裝備的橫移和抬升系統(tǒng)均采用手動(dòng)液壓系統(tǒng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低。由于以上四點(diǎn)原因，導(dǎo)致更換一個(gè)彎輥(平衡)塊的時(shí)間一直在16 h左右。

彎輥塊(平衡塊)更換專用裝備的改進(jìn)措施

由于VAI設(shè)計(jì)的專用裝備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、步驟繁瑣，針對(duì)專用裝備進(jìn)行了改造，以工作輥換輥軌道為支撐點(diǎn)，設(shè)計(jì)出可以自由移動(dòng)的彎輥(平衡)塊更換小車。

整體結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計(jì)

精、粗軋機(jī)各有四個(gè)彎輥(平衡)塊，換輥側(cè)2個(gè)，傳動(dòng)側(cè)2個(gè)，因此專用裝備必須兼顧四個(gè)彎輥(平衡)塊。改造后的動(dòng)力利用更換工作輥小車，考慮到更換工作輥小車的行程(極限位置在換輥側(cè))和更換傳動(dòng)側(cè)彎輥(平衡)塊，增加設(shè)計(jì)過(guò)渡平板小車，專用裝備包括彎輥(平衡)塊橫移小車和過(guò)渡平板小車兩部分。

(1) 彎輥(平衡)塊橫移小車的設(shè)計(jì)。根據(jù)彎輥(平衡)塊在軋機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，彎輥(平衡)塊橫移小車必須可以在工作輥換輥軌道上自由移動(dòng)，小車的最高高度必須低于換軌軌道和設(shè)備的最小距離，小車的長(zhǎng)度必須小于兩軌道之間的寬度。經(jīng)測(cè)定換軌軌道和設(shè)備的最小距離為竄輥缸和軌道面間的距離為445 mm，兩軌道之間的距離為2490 mm。即H′=445 mm，L′=90 mm；選擇H=440 mm，L=2330 mm。同時(shí)，彎輥(平衡)橫移小車的下底面弧度必須大于下支撐輥的最大輥徑2200 mm。圖3是新專用裝備設(shè)計(jì)圖一。

為了保證彎輥(平衡)塊可以順利拉出，彎輥(平衡)塊和橫移框架固定在一起的長(zhǎng)度必須小于設(shè)備間的最小距離。經(jīng)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，兩導(dǎo)衛(wèi)扣手間的距離為最小距離L，即L1+L2＜L。660+L2＜1320，即L2＜660 mm，選擇L2=600 mm。圖4是新專用裝備設(shè)計(jì)圖二。

(2) 過(guò)渡平板小車的設(shè)計(jì)。過(guò)渡平板小車的寬度、整體高度和彎輥(平衡)塊橫移小車的相同，分別為2330 mm、440 mm，長(zhǎng)度根據(jù)工作輥換輥拖車的極限位置和更換傳動(dòng)側(cè)彎輥塊時(shí)橫移小車的位置，選擇2270 mm。兩者之間的連接采用了簡(jiǎn)單方便的銷卡連接。圖5是新專用裝備裝配示意圖。

(3) 電動(dòng)泵液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。為了解決原VAI方案中手動(dòng)液壓系統(tǒng)勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的弊端，設(shè)計(jì)了全新的電動(dòng)液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)液壓缸的單獨(dú)動(dòng)作，操作簡(jiǎn)單方便，很好地解決了原設(shè)計(jì)液壓缸經(jīng)常不動(dòng)作，需要使用液壓千斤頂移動(dòng)橫移裝置，勞動(dòng)強(qiáng)度大、消耗時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。該系統(tǒng)原理如圖6所示，主要參數(shù)為：橫移液壓缸2個(gè)，直徑30 mm，行程630 mm；抬升液壓缸：4個(gè)，直徑50 mm，行程90 mm；液壓缸最大工作壓力：35 MPa。

(4) 彎輥塊防自重下落設(shè)計(jì)。在以往更換彎輥塊的過(guò)程中，伺服系統(tǒng)停壓后4個(gè)彎輥塊下T型頭由于自重下落成為一個(gè)一直困擾生產(chǎn)的難題。T型頭下落后，T型頭下面和工作輥軌道間的距離為330 mm，彎輥塊專用裝備拉進(jìn)拉出的過(guò)程中，必然發(fā)生干涉。使用原專用裝備的過(guò)程中，裝備到位和拉出時(shí)需手動(dòng)千斤頂頂起T型頭，不僅增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度、增加施工不安全因素，還消耗1～2 h的施工時(shí)間。通過(guò)對(duì)彎輥塊的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)彎輥塊側(cè)滑板螺栓孔可以利用，新設(shè)計(jì)方案采用頂絲頂住T型頭防止下滑，利用現(xiàn)有的資源很好的達(dá)到了預(yù)期的目的。防下落裝置簡(jiǎn)單示意圖如圖7所示。

彎輥(平衡)橫移小車的強(qiáng)度校核

由于受空間限制，橫移小車主框架和小車輪軸的設(shè)計(jì)既要保證空間尺寸的不干涉，又要保證承載強(qiáng)度，因此必須對(duì)橫移小車主框架和小車輪軸這兩個(gè)關(guān)鍵承重部件(輪軸和支撐梁)進(jìn)行強(qiáng)度校核，以保證施工安全。

(1) 輪軸校核

經(jīng)測(cè)定，橫移小車的橫移部位位于所需更換的彎輥塊的正下方時(shí)，輪軸受力最大，輪軸可以簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，對(duì)單個(gè)輪軸進(jìn)行受力分析，作剪力圖和彎矩圖(圖8)。彎輥塊重量G=mg=9238×9.8 N=90.53 kN。橫移小車重量G1=mg=32409.8 N=31.75 kN。受力點(diǎn)距支點(diǎn)的距離a=0.0615 m；輪軸直徑D=0.06 m。最大受力情況下F=1/2G+1/4G1=53.20 kN。由剪力圖可知FQmax=F=53.20 kN；由彎矩圖可知Mmax=Fa=3271.8 N·m。45鋼常溫下的的力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度σs≥335 MPa，根據(jù)生產(chǎn)需要取安全系數(shù)為2.5，得45鋼在此條件下的許用彎曲正應(yīng)力 134 MPa；許用剪切正應(yīng)力107 MPa。

校核該軸的切應(yīng)力強(qiáng)度：

所以，小車輪軸符合強(qiáng)度條件。

(2) 橫移小車主框架強(qiáng)度校核

彎輥塊重量G=mg=9238×9.8 N=90.53 kN。橫移部分重量G2=mg=1235×9.8 N=12103 N。所以F=1/2G+1/2G2=(45265 +6051.5) N=51316.5 N。

橫移小車主框架的主要受力件為兩根2330 mm×60 mm×100 mm的橫移支撐梁，理想條件下彎輥塊橫移支撐橫梁可以簡(jiǎn)化為受移動(dòng)集中載荷的簡(jiǎn)支梁，對(duì)其進(jìn)行受力分析并作彎矩圖，如圖9所示。

由彎矩圖可知，Mmax=FL/4=29507 N·m。常溫下Q235的力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度σs≥205 MPa，根據(jù)生產(chǎn)需要取安全系數(shù)為2.5。在此條件下支撐梁的許用彎曲正應(yīng)力82 MPa。校核支撐梁的正應(yīng)力強(qiáng)度

所以，橫移支撐梁符合強(qiáng)度條件。

改造前后比較

本專用裝備不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、快捷、輕巧耐用，提高了施工安全性，還極大地降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化了施工程序，縮短了施工周期，提高了軋機(jī)的有效作業(yè)率，為快節(jié)奏生產(chǎn)節(jié)約了時(shí)間。具體見(jiàn)表1所示。

表1 原新設(shè)計(jì)對(duì)比

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)強(qiáng)度校核，該新設(shè)計(jì)專用裝備和施工方案從理論上完全可以在保障安全、施工質(zhì)量的前提下使用和實(shí)施。該方案在新軋鋼月定修時(shí)實(shí)施，實(shí)施效果良好，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：(1)職工勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低，原來(lái)需12人勉強(qiáng)能完成的工作任務(wù)現(xiàn)在只需4人作業(yè)便可輕松完成，勞動(dòng)強(qiáng)度降低60%以上；(2)大量節(jié)約施工時(shí)間，完成該項(xiàng)工作任務(wù)由原來(lái)的16 h左右減少到6 h以內(nèi)，維修施工時(shí)間節(jié)約2/3。

綜上所述，該裝備的改造設(shè)計(jì)和方案實(shí)施是切實(shí)可行并且成功的，為舞鋼新軋鋼更換彎輥(平衡)塊提供了一種更好的選擇，必將在新軋鋼的定修和搶修中發(fā)揮重要的作用，為提高軋機(jī)作業(yè)率做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。